Metabolische routetypes en hoofdroutes



een metabolische route Het is een reeks chemische reacties, gekatalyseerd door enzymen. In dit proces wordt een X-molecuul getransformeerd in een Y-molecuul, via intermediaire metabolieten. Metabolische routes vinden plaats in de cellulaire omgeving.

Buiten de cel zouden deze reacties te veel tijd in beslag nemen, en sommige zouden niet gebeuren. Daarom vereist elke stap de aanwezigheid van de katalytische eiwitten die enzymen worden genoemd. De rol van deze moleculen is om de snelheid van elke reactie binnen de route met verschillende ordes van grootte te versnellen.

Fysiologisch zijn de metabole routes met elkaar verbonden. Dat wil zeggen, ze zijn niet geïsoleerd in de cel. Veel van de belangrijkste routes delen veel voorkomende metabolieten.

Bijgevolg wordt de verzameling van alle chemische reacties die in cellen voorkomen, metabolisme genoemd. Elke cel wordt gekenmerkt door een specifieke metabole werking, die wordt bepaald door het gehalte aan enzymen in het inwendige, dat op zijn beurt genetisch bepaald is.

index

  • 1 Algemene kenmerken van metabole routes
    • 1.1 Reacties worden gekatalyseerd door enzymen
    • 1.2 Het metabolisme wordt gereguleerd door hormonen
    • 1.3 Compartimentering
    • 1.4 Coördinatie van de metabole flux
  • 2 soorten metabole routes
    • 2.1 Catabole routes
    • 2.2 Anabole routes
    • 2.3 Amfibische routes
  • 3 Belangrijkste metabole routes
    • 3.1 Glycolyse of glycolyse
    • 3.2 Gluconeogenese
    • 3.3 Glyoxylaatcyclus
    • 3.4 Krebs-cyclus
    • 3.5 Elektronentransportketen
    • 3.6 Synthese van vetzuren
    • 3.7 Beta-oxidatie van vetzuren
    • 3.8 Metabolisme van nucleotiden
    • 3.9 Fermentatie
  • 4 Referenties

Algemene kenmerken van metabole routes

Binnen de cellulaire omgeving vindt een groot aantal chemische reacties plaats. De set van deze reacties is het metabolisme, en de belangrijkste functie van dit proces is om de homeostase van het organisme onder normale omstandigheden te behouden, en ook onder stressomstandigheden..

Er moet dus een evenwicht zijn tussen de stromen van deze metabolieten. Onder de belangrijkste kenmerken van metabole routes hebben we het volgende:

De reacties worden gekatalyseerd door enzymen

De protagonisten van metabole routes zijn enzymen. Ze zijn verantwoordelijk voor het integreren en analyseren van informatie over de metabolische status en zijn in staat om hun activiteit te moduleren volgens de cellulaire vereisten van het moment.

Het metabolisme wordt gereguleerd door hormonen

Het metabolisme wordt aangedreven door een reeks hormonen, die in staat zijn metabolische reacties te coördineren, rekening houdend met de behoeften en prestaties van het organisme.

compartimentering

Er is een compartimentalisatie van metabole routes. Dat wil zeggen, elke route vindt plaats in een specifiek subcellulair compartiment, het cytoplasma, mitochondria, onder anderen. Andere routes kunnen gelijktijdig in verschillende compartimenten voorkomen.

De compartimentering van de routes helpt de regulatie van de anabole en katabole routes (zie hieronder).

Metabolische stroomcoördinatie

De coördinatie van het metabolisme wordt bereikt door de stabiliteit van de activiteit van de betrokken enzymen. Het is noodzakelijk om te benadrukken dat de anabole routes en hun katabolische tegenhangers niet volledig onafhankelijk zijn. Ze zijn daarentegen gecoördineerd.

Er zijn belangrijke enzymatische punten binnen de metabole routes. Met de conversiesnelheid van deze enzymen, wordt de volledige stroom van de route gereguleerd.

Typen metabole routes

In de biochemie worden drie soorten belangrijke metabole routes onderscheiden. Deze indeling wordt uitgevoerd volgens bio-energetische criteria: katabolische, anabole en amfibische routes.

Katabolische routes

De katabole routes omvatten reacties van oxidatieve degradatie. Ze worden uitgevoerd om energie te verkrijgen en het vermogen te verminderen, dat later door de cel in andere reacties zal worden gebruikt.

De meeste organische moleculen worden niet door het organisme gesynthetiseerd. We moeten het daarentegen consumeren met voedsel. In katabole reacties worden deze moleculen afgebroken tot de monomeren die ze vormen, die door de cellen kunnen worden gebruikt.

Anabole routes

Anabole routes omvatten synthetische chemische reacties, waarbij kleine en eenvoudige moleculen worden gebruikt en deze worden getransformeerd in grotere en meer complexe elementen.

Om deze reacties te laten plaatsvinden, moet er beschikbare energie zijn. Waar komt deze energie vandaan? Van de katabolische routes, voornamelijk in de vorm van ATP.

Op deze manier kunnen de metabolieten geproduceerd door de katabolische routes (die globaal "pool van metabolieten" worden genoemd) in de anabole routes worden gebruikt om meer complexe moleculen te synthetiseren die het lichaam op dit moment nodig heeft.

Onder deze pool van metabolieten bevinden zich drie sleutelmoleculen van het proces: pyruvaat, acetyl-co-enzym A en glycerol. Deze metabolieten zijn verantwoordelijk voor het verbinden van het metabolisme van verschillende biomoleculen, zoals lipiden, koolhydraten, onder andere.

Amfibische routes

Een amfibol-route werkt als een anabole of katabole route. Ik bedoel, het is een gemengde route.

De bekendste amfiboolroute is de Krebs-cyclus. Deze route speelt een fundamentele rol bij de afbraak van koolhydraten, lipiden en aminozuren. Het neemt echter ook deel aan de productie van precursoren voor synthetische routes.

Krebs-cyclusmetabolieten zijn bijvoorbeeld de voorlopers van de helft van de aminozuren die worden gebruikt om eiwitten te bouwen.

Belangrijkste metabole routes

In alle cellen die deel uitmaken van levende wezens, worden een reeks metabole routes uitgevoerd. Sommige hiervan worden gedeeld door de meeste organismen.

Deze metabole routes omvatten de synthese, afbraak en omzetting van cruciale metabolieten voor het leven. Dit hele proces staat bekend als intermediair metabolisme.

De cellen moeten permanente organische en anorganische verbindingen hebben, en ook chemische energie, die voornamelijk wordt verkregen uit het ATP-molecuul.

ATP (adenosinetrifosfaat) is de belangrijkste vorm van energieopslag van alle cellen. En de energiewinst en investeringen van de metabole routes worden meestal uitgedrukt in termen van ATP-moleculen.

Vervolgens worden de belangrijkste routes besproken die aanwezig zijn in de overgrote meerderheid van levende organismen.

Glycolyse of glycolyse

Glycolyse is een route die de afbraak van glucose naar twee moleculen van pyrodruivenzuur omvat, waarbij twee ATP-moleculen als netto-winst worden verkregen. Het is vrijwel aanwezig in alle levende organismen en wordt beschouwd als een snelle manier om energie te krijgen.

Over het algemeen is het meestal verdeeld in twee fasen. De eerste omvat de passage van het glucosemolecuul in twee glyceraldehyde, waarbij twee ATP-moleculen worden omgekeerd. In de tweede fase worden hoogenergetische verbindingen gegenereerd en worden 4 moleculen ATP en 2 pyruvaat als eindproducten verkregen.

De route kan op twee verschillende manieren worden voortgezet. Als er zuurstof is, zullen de moleculen hun oxidatie in de ademhalingsketen beëindigen. Of, bij gebrek hieraan, vindt fermentatie plaats.

gluconeogenese

Gluconeogenese is een route van glucose-synthese, te beginnen met aminozuren (met uitzondering van leucine en lysine), lactaat, glycerol of een van de tussenproducten van de Krebs-cyclus.

Glucose is een onmisbaar substraat voor bepaalde weefsels, zoals de hersenen, erytrocyten en spieren. De glucosebijdrage kan worden verkregen door glycogeenreserves.

Wanneer deze echter uitgeput zijn, moet het lichaam beginnen met de synthese van glucose om te voldoen aan de eisen van de weefsels - voornamelijk het zenuwweefsel.

Deze route komt voornamelijk voor in de lever. Het is van vitaal belang, want in vastende situaties kan het lichaam glucose blijven krijgen.

De activering of niet van de route is gekoppeld aan de voeding van het organisme. Dieren die veel diëten in koolhydraten consumeren, hebben lage gluconeogene snelheden, terwijl glucosearme diëten een significante gluconeogene activiteit vereisen.

Glyoxylaatcyclus

Deze cyclus is uniek voor planten en bepaalde soorten bacteriën. Deze route bereikt de transformatie van acetyleenheden, van twee koolstofatomen, in eenheden van vier koolstofatomen - bekend als succinaat. De laatste verbinding kan energie produceren en kan ook worden gebruikt voor de synthese van glucose.

Bij mensen zou het bijvoorbeeld onmogelijk zijn om alleen te leven op acetaat. In ons metabolisme kan acetyl co-enzym A niet worden omgezet in pyruvaat, wat een voorloper is van de gluconeogene route, omdat de reactie van het enzym pyruvaat dehydrogenase onomkeerbaar is.

De biochemische logica van de cyclus is vergelijkbaar met die van de citroenzuurcyclus, met uitzondering van de twee decarboxylatiefasen. Komt voor in zeer specifieke organellen van planten genaamd glyoxysomen, en is vooral belangrijk in de zaden van sommige planten, zoals zonnebloemen.

Krebs-cyclus

Het is een van de routes die centraal staan ​​in het metabolisme van organische wezens, omdat het het metabolisme van de belangrijkste moleculen, waaronder eiwitten, vetten en koolhydraten, verenigt.

Het is een onderdeel van cellulaire ademhaling en heeft tot doel de energie vrij te maken die is opgeslagen in het molecuul van acetyl-co-enzym A - de belangrijkste voorloper van de Krebs-cyclus. Het bestaat uit tien enzymatische stappen en, zoals we al zeiden, de cyclus werkt in zowel anabole als katabolische routes.

In eukaryote organismen vindt de cyclus plaats in de matrix van de mitochondriën. In prokaryoten - die geen echte subcellulaire compartimenten hebben - wordt de cyclus uitgevoerd in het cytoplasmatische gebied.

Electron transportketen

De elektronentransportketen wordt gevormd door een reeks transporteurs verankerd in een membraan. De keten heeft als doel energie te genereren in de vorm van ATP.

De ketens zijn in staat om een ​​elektrochemische gradiënt te creëren dankzij de stroom van elektronen, een cruciaal proces voor de synthese van energie.

Synthese van vetzuren

Vetzuren zijn moleculen die een zeer belangrijke rol spelen in cellen, ze worden voornamelijk gevonden als een structurele component van alle biologische membranen. Om deze reden is de synthese van vetzuren essentieel.

Het gehele syntheseproces vindt plaats in het cytosol van de cel. Het centrale molecuul van het proces wordt malonyl-co-enzym A genoemd. Het is verantwoordelijk voor de vorming van de atomen die het koolstofskelet van vetzuren in formatie vormen.

Beta-oxidatie van vetzuren

Beta-oxidatie is een proces van afbraak van vetzuren. Dit wordt bereikt door vier stappen: oxidatie door FAD, hydratatie, oxidatie door NAD + en thiolyse. Eerder moest het vetzuur worden geactiveerd door de integratie van co-enzym A.

Het product van de genoemde reacties zijn eenheden die worden gevormd door een aantal koolstofatomen in de vorm van acetylco-enzym A. Dit molecuul kan de Krebs-cyclus binnengaan.

De energie-efficiëntie van deze route hangt af van de lengte van de vetzuurketen. Voor palmitinezuur, bijvoorbeeld met 16 koolstofatomen, is de netto opbrengst 106 ATP-moleculen.

Deze route vindt plaats in de mitochondria van eukaryoten. Er is ook een andere alternatieve route in een compartiment dat peroxisoom wordt genoemd.

Omdat de meeste vetzuren zich in het cellulaire cytosol bevinden, moeten ze worden getransporteerd naar het compartiment waar ze worden geoxideerd. Het transport is afhankelijk van cartinitan en maakt het mogelijk dat deze moleculen de mitochondriën binnendringen.

Metabolisme van nucleotiden

De synthese van nucleotiden is een belangrijke gebeurtenis in het celmetabolisme, omdat dit de voorlopers zijn van de moleculen die deel uitmaken van het genetische materiaal, DNA en RNA, en van belangrijke energiemoleculen, zoals ATP en GTP.

De precursors van de synthese van nucleotiden omvatten verschillende aminozuren, ribose 5 fosfaat, koolstofdioxide en NH3. Herstelroutes zijn verantwoordelijk voor de recycling van vrije basen en nucleosiden die vrijkomen bij de afbraak van nucleïnezuren.

De vorming van de purinering vindt plaats vanuit het ribose 5-fosfaat, toevallig is het een purinenucleus en uiteindelijk wordt het nucleotide verkregen.

De pyrimidine-ring wordt gesynthetiseerd als orootzuur. Na de binding aan ribose-5-fosfaat wordt het omgezet in pyrimidine-nucleotiden.

gisting

Fermentaties zijn metabolische processen onafhankelijk van zuurstof. Ze zijn van het katabole type en het eindproduct van het proces is een metaboliet die nog steeds oxidatiepotentieel heeft. Er zijn verschillende soorten fermentaties, maar in ons lichaam vindt melkzuurgisting plaats.

Melkzuurgisting vindt plaats in het cellulaire cytoplasma. Het bestaat uit de gedeeltelijke afbraak van glucose om metabole energie te verkrijgen. Melkzuur wordt geproduceerd als afvalstof.

Na een intensieve sessie van anaërobe oefeningen wordt de spier niet gevonden met voldoende zuurstofconcentraties en vindt melkzuurgisting plaats.

Sommige cellen van het lichaam worden gedwongen te fermenteren, omdat ze geen mitochondriën hebben, zoals het geval is bij rode bloedcellen.

In de industrie worden de fermentatieprocessen met hoge frequentie gebruikt om een ​​reeks producten voor menselijke consumptie te produceren, zoals brood, alcoholische dranken, yoghurt, onder andere.

referenties

  1. Baechle, T.R., & Earle, R.W. (red.). (2007). Principes van krachttraining en fysieke conditionering. Ed. Panamericana Medical.
  2. Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J.L. (2007). biochemie. Ik draaide achteruit.
  3. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biochemie. Zesde editie. Thomson. Brooks / Cole.
  4. Devlin, T. M. (2011). Leerboek van de biochemie. John Wiley & Sons.
  5. Koolman, J., & Röhm, K.H. (2005). Biochemie: tekst en atlas. Ed. Panamericana Medical.
  6. Mougios, V. (2006). Oefening biochemie. Human Kinetics.
  7. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Grondbeginselen voor geneeskunde en levenswetenschappen. Ik draaide achteruit.
  8. Poortmans, J.R. (2004). Principles of exercise biochemistry. 3rd, herziene editie. Karger.
  9. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). biochemie. Ed. Panamericana Medical.